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Frau steuert Roboterarm mit der Kraft ihres Verstandes
Rückenmarksverletzungen oder -krankheiten verhindern, dass Hirnsignale die Muskeln unterhalb der Verletzung erreichen. In jüngsten Experimenten haben Wissenschaftler Gehirn-Maschine-Schnittstellen eingesetzt, um Patienten mit Lähmungen zu ermöglichen, prothetische Gliedmaßen mit ihren Gedanken zu bewegen. Jetzt ist es einer Frau mit Tetraplegie gelungen, einen Roboterarm zu bewegen, der eine "10-Grad-Kontrolle des Gehirns" der Prothese demonstriert.
Eine Frau mit Tetraplegie konnte in einem Roboterarm eine "10-Grad-Kontrolle des Gehirns" nachweisen.
Bildnachweis: Journal of Neural Engineering / IOP Publishing
Die Ergebnisse des jüngsten Experiments, das von Forschern der. In Pennsylvania durchgeführt wurde, sind im. Veröffentlicht Zeitschrift für Neuronale Technik.
Die Frau, die an der Studie teilnahm, ist der 52-jährige Jan Scheuermann, der querschnittsgelähmt ist und bei dem eine Variante der spinozerebellären Degeneration ohne Beteiligung des Kleinhirns diagnostiziert wurde.
Im Februar 2012 implantierte das Team kleine Elektrodengitter mit jeweils 96 winzigen Kontaktpunkten in die Gehirnregionen von Scheuermann, die unter normalen Umständen ihre rechte Arm- und Handbewegung kontrollieren.
Die Elektroden waren in der Lage, Signale von einzelnen Neuronen aufzunehmen, die dann mit einem Computer kommunizierten, der Zündmuster identifizierte, die bestimmten beobachteten oder vorgestellten Bewegungen zugeordnet waren, einschließlich des Anhebens oder Absenkens des Arms.
Die Ergebnisse dieser ersten Studie, in der Scheurmann so weit ging, dass er das Handgelenk des Arms vor und zurück bewegte, ihn von einer Seite zur anderen bewegte, rotierte und Gegenstände griff, demonstrierte "7D control". Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Die Lanzette in 2012.
Aber in dieser neuesten Studie, die von Prof. Andrew Schwartz von der Pitt School of Medicine geleitet wurde, war Scheurmann in der Lage, die "10D-Kontrolle" zu beherrschen, bei der die Roboterhand in verschiedene Positionen bewegt wurde, während Handgelenk und Arm kontrolliert wurden.
"Die Ergebnisse zeigen, dass Bewegung für Menschen mit Lähmung wiederhergestellt werden kann"
Prof. Schwartz und Kollegen erklären, dass Brain-Machine-Interfaces (BMIs) "die Möglichkeit bieten, das geschädigte Gewebe durch Dekodieren von Bewegungsabläufen zu umgehen und Hilfsgeräte zu steuern" - wie Computercursor oder Roboterarme.
"Unser Projekt hat gezeigt, dass wir Signale von Neuronen mit einem einfachen Computeralgorithmus interpretieren können, um hochentwickelte, fließende Bewegungen zu erzeugen, die es dem Benutzer ermöglichen, mit der Umwelt zu interagieren", sagt Jennifer Collinger, Forscherin und Assistenzprofessorin bei Pitt.
Für ihre neuesten Arbeiten ersetzte das Team den einfachen Zangengriff an der Armprothese durch vier Handformen: Fingerabduktion, Schaufel, Daumenabstützung und eine Prise des Daumens, Zeige- und Mittelfingers, wodurch die Arm- und Handbewegungen insgesamt auf 10 erhöht wurden .
Während des Experiments beobachtete Scheurmann Animationen von Bewegungen und stellte sie sich vor. Das Team zeichnete die Signale auf, die ihr Gehirn zur Kalibrierung des Systems schickte. Als Nächstes nutzten sie diese Informationen, um "ihre Gedanken zu lesen" und erlaubten ihr, die Hand in die gewünschten Positionen zu bewegen.
Zu den Ergebnissen kommentiert Prof. Schwartz:
"Jan nutzte den Roboterarm, um leichter zu greifen, wenn Objekte während der vorhergehenden Kalibrierung angezeigt wurden, was interessant war. Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse, dass Menschen, deren Arme und Hände gelähmt sind, hoch koordinierte, natürliche Bewegungen wieder herstellen können."
Obwohl ihr Experiment nur in einem Menschen durchgeführt wurde, stellen die Forscher fest, dass ihre Ergebnisse mit früheren Studien über Neuraltuning und Roboterarm-BMI-Leistung bei Primaten vergleichbar sind.
"Die Interaktion mit physikalischen Objekten ist im Bereich des BMI relativ neu, obwohl mehrere Studien dies mit einigem Erfolg gezeigt haben, von denen die meisten in einem Raum mit niedrigeren Dimensionen operierten", sagen sie.
Im Oktober dieses Jahres schloss Scheurmann ihre Beteiligung an der Studie mit einer Operation, um die Elektrodenarrays zu entfernen, aber sie beschreibt es als "eine fantastische, spannende, wilde Fahrt" und fügte hinzu, dass die Studie "mein Leben bereichert, mir neue gegeben hat Freunde und Mitarbeiter haben mir geholfen, zur Forschung beizutragen und mir den Atem geraubt. "
Medizinische Nachrichten heute hat über andere Durchbrüche bei der Behandlung von Lähmungen berichtet. Im Oktober 2014 zeigte eine Studie, dass ein gelähmter Mann wieder lief, nachdem die Nasenzellen sein Rückenmark repariert hatten.
Und eine andere Studie berichtete, dass eine neue chemische Verbindung die Muskeln in mehr als 80% der Versuchstiere aktiviert hat.
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